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    基于虚拟仪器技术的飞机信息显示仿真系统

    2006-02-28 纵横测控

    摘要:本文介绍了把高速数据采集卡、高频任意信号发生器与工控计算机等集成为虚拟仪器系统,用于飞机信息的显示仿真,采用该技术的仿真系统具有优秀的性能。
    关键词:数据采集 任意信号发生器 虚拟仪器 仿真 里沙育(Lissajous)合成

    Aero display emulational system base on virtual instruments technical Abstract:The paper instroduced the Virtual Instrumental system ,which consists of high speed measurement 、high frequency Arbitrary Wave/Function Generator、industry control computer,the system is used of displaying emulational information,the emultional system can get a very nice result by using this system
    Keywords:Measurement Arbitrary Wave/Function Generator Virtual Instruments

        飞机运行过程中的设备状态监测对驾驶员是一项非常必要的工作,它直接关系到飞机和驾驶员的安危。为了及时、准确的监测设备状态,纵横仪器公司与合作伙伴一起设计开发了该仿真系统,该项目是某型号飞机部分设备运行信息的仿真系统。
    1、系统原理
        该系统通过采集机写设备上需要监测的信号,合成需要显示的信息,通过该显示来判断设备运行情况。在设计开发该系统时,使用虚拟仪器的概念,这样可以将更多的工作交付给软件,减少操作人员的劳动强度。
    2、设备构成
    (1)JV52114 40M数据采集卡一张
        本系统要求数据采集高精度、高可靠性、高稳定性,JV52114是纵横仪器公司推出的四通道PCI数据采集卡,它的A/D分辨率为12位,直流精度为0.25%FSR,交流精度为0.6%,该卡多通道采样的同步性高,同步误差可达到一个采样周期(即25ns)。为了保证达到以上技术指标,该采集卡应用了高速精密运算放大器和精密衰减滤波网络,四通道并行采样,从设计、元器件及工艺上保证多通道测量的精确性和相位一致性以及卡的可靠性和稳定性。
    (2)JV52132任意波形发生器三张
        本系统对任意波形发生器的技术指标要求较高,采用纵横仪器公司推出的基于PCI总线的JV52132,它的D/A转换率在0.02Hz~40MHz(以0.0291Hz为步进)、最大输出频率为2MHz、非线性大于10-bit, 直流精度为±(设定值×0.4%+6mV)、交流精度为±1.5%,其它技术指标如下:
        谐波失真(正弦波非线性失真):10Hz~200KHz -56dBc
                                      200KHz~2MHz -56dBc+20log(f/200K)
        非谐波失真(正弦波非线性失真):10Hz~200KHz -56dBc
                                      200kHz~2MHz -46dBc
        支持外触发方式:TTL电平
    (3)工控机一台
        由于本系统中需要用到的PCI卡有四张以上,考虑到扩充性,需要选择有较多PCI总线槽的工控机,同时由于有较多数据需要处理,要求工控机有高速的处理能力和较大的存盘能力,所以在选配中,对工控机的CPU和硬盘做了高配置。
    (4)XY显示器一台
        该显示器为合成专用显示器,显示精度非常高,同时支持三路输入,输入方式可以选择单端或差分输入。
    3、系统组成
        根据仿真台实际情况,即合成信号为三路,采集和波形输出采用同一个触发信号,该信号为60Hz的类TTL信号。
        整个系统组成如图所示:
    4、系统处理过程
        通过JV52114 采集卡采集飞机仿真台上的X、Y、Z三路信号,其中X、Y为合成有效信号,Z为亮度信号。采集过程中使用外触发方式,外触发信号来自仿真台上的一路TTL信号,由于采集的所有数据将交付给计算机处理,所以,选择合适的采样长度,尽量减少采集无用的信号,从而减少计算机的工作量。该系统中,采集软件为纵横仪器公司提供的BlackLand.SignalView,该软件使用非常方便,支持对采集卡采集时量程档、采集长度等参数程控设置。如下图所示,采集三路信号,绿色为亮度信号,其他两条为有用信号,该信号合成后为一方格。采集到的数据以二进制格式存盘提供给使用者。

        将采集的数据通过软件处理、修正,转换为用户定义数据,该数据用于JV52132调用,JV52132调用的数据格式可以是十进制或二进制。对于数据修正的必要性体现在,由于模拟台的输出信号精确度不能完全体现真实机载设备信号,采集模块精度无论有多高,也将产生误差,为了抵消这些误差,选择修正后的数据作为JV52132调用数据,更能体现仿真性能。JV52132输出采用的触发方式为外触发,该外触发信号来自仿真台,为60Hz的TTL电平,由于JV52132对外触发信号有严格要求,即必须是标准的TTL信号,所以来自仿真台上的外触发信号必须满足要求。在输出波形过程中,按60Hz的外触发输出,在每个触发沿内输出一个周期信号,送到XY显示器上合成显示。如果不能满足该要求,触发输出为连续时,输出的信号频率过高,合成后波形亮度过高,将可能造成XY显示器烧毁。如果输出频率太低,亮度过低,不便于观察。
        在输出到XY显示器时,差分输入将比单端输入合成的图形大一倍。所以根据信号情况,可以选择不同的接入方式。
    5、应用软件
        由于使用虚拟仪器技术,所以在软件开发中,要求软件界面仪器化、简洁化、友好化。上面介绍的BlackLand.SignalView采集软件,具有强大的功能和友好的用户界面,不需用户再开发。另外还需要开发一套软件,该软件完成的功能是将采集到的数据转换为便于JV52132调用的数据格式,JV52132调用这些数据、按60Hz外触发多通道同步输出等功能,软件完成60Hz触发输出时,要求输出数据量有限,如果太大(超过1M),计算机处理时间过长(超过1/60 S)不能完成每次触发输出,可能漏掉一些触发沿。该软件选用了纵横仪器公司推出的测控软件开发平台BlackLand产品。它采用标准C/C++语言,并且应用了面向对象的程序设计方法,使得软件结构稳定、重用性好,便于维护与扩充,增强了软件的复用性,极大的提高了编程效率。
    6、结束语
        飞机信息显示仿真系统所涉及的技术重点在以下几方面:
        (1)、采集精度要求高;
        (2)、波形输出精度要求高;
        (3)、波形输出频率要求特殊;
        (4)、里沙育(Lissajous)合成品质要求高;
        (5)、软件要求紧凑;
        通过应用测控软件开发平台BlackLand对该软件的开发,我们发现BlackLand不仅有数据信号分析处理的强大功能,而且将数据转换与交互式的开发环境很好的结合在一起,支持远程调试。这样就使原来烦琐的开发过程变得简单化,不但缩短了软件的开发周期,而且软件的可靠性得到提高。另外,把虚拟仪器技术用于仿真开辟了系统测试与仿真相结合的新思路。

    成都纵横测控技术有限公司 敬良胜




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